直腸指檢目前仍是直腸癌手術前一系列檢查中最基本和最重要的檢查方法。肛門和直腸的多種疾病可依靠指診確診，尤其是80％直腸癌發於手指所能觸及的部位。醫生在做肛指檢查前會先在指套上塗上石蠟油起潤滑作用，然後按摩括約肌，再緩慢進入肛門內。此時患者會有肛門墜脹及大便的感覺，這是正常的反應，病人不要緊張，可以進行深長的呼吸，以便放鬆肛門，配合醫生檢查。
實驗室檢查
大便隱血試驗簡便易行，是大腸癌普查初篩方法和結腸疾病的常規檢查。有條件者還可應用免疫學方法以提高正確率。
內鏡檢查
凡原因不明的便血、粘液便、膿便、慢性腹瀉、糞條變細等臨床表現,經直腸指檢無異常發現者，應常規進行乙狀結腸鏡或纖維結腸鏡檢查。內鏡檢查能在直視下觀察病灶情況，並能取活檢作病理學診斷。對直腸和乙狀結腸下段病變(腫瘤、息肉、潰瘍及炎症)的早期診斷有重要意義。
纖維結腸鏡檢查就目前而言是對大腸內病變診斷最有效、最安全、最可靠的檢查方法，絕大部分早期大腸癌可由內鏡檢查發現。
全結腸鏡檢查的應用是胃腸病學的一個重要發展，顯著提高了大腸疾病以及包括迴腸末端部疾病的檢出率的診斷率，並通過電子顯示屏結腸鏡下進行了息肉摘除、止血、乙狀結腸鏡扭轉復位等非手術治療。
雙重對比造影
傳統的鋇劑灌腸X線檢查對早期癌和大腸腺瘤顯示常有困難，而氣鋇雙重對比造影技術已大大提高了早期大腸癌和小腺瘤的發現率和診斷準確卒，目前已成為放射科常規檢查。
CT診斷
CT不能作為早期診斷的方法，但CT對結腸癌的分期有重要意義，尤其對於估計不能直接手術，而在應用外放射或區域性腔內放療後有可能被手術切除的病人更有價值。CT對晚期直腸癌和複發性直腸癌的手術估計有較大意義，可以直接觀察到腫瘤侵犯骨盆肌肉(提肛肌、閉孔內肌、尾骨肌、梨狀肌、臀肌)膀胱和前列腺。
手術後3個月時可作盆腔CT檢查，作為基礎片，以便於隨訪時對照用。手術後2～3年內應每隔6～8個月作一次CT檢查，或當CEA升高時複查CT。此外，CT對複發性直腸癌應用放療可提供正確的定位，並確定適當的靶體積。
超聲顯象檢查
直腸內超聲顯象檢查是以探測直腸癌外侵和腫瘤對直腸壁的浸潤程度為目的的一種新的診斷方法，於1983年起開始應用於臨床。直腸內超聲顯象檢查能正確地診斷出腫瘤所侵犯的部位及大小。
磁共振檢查
有研究者稱對直腸癌的外侵，磁共振檢查(MRI)較CT更有意義。但目前磁共振還有不少技術問題需要完善，對磁共振所提供的圖象認識也需進一步深化，同時與腔內超聲顯象相比，磁共振檢查費用昂貴也是其廣泛應用的障礙。
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